JPH045525A - 非接触式変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、軸振動測定器や磁気軸受などの振動制御等に
用いる非接触式の変位検出装置に関するものである。

（従来の技術） 従来の非接触式変位検出装置は、例えば、渦電流を利用
して被検出体の変位検出を行っているが、変位検出器及
び被検出体の温度変化による出力変動があった。この変
動を相殺するために被検出体の２つの面に夫々対向して
２個の変位検出器を配置させ、該２個の検出器から取り
出された２つの検出信号を演算回路で１つの検出信号に
変換するようにしていた。

（発明が解決しようとする課題） 従来の非接触式変位検出装置は前記のような構造である
ため、該２個の変位検出器から取り出された２つの検出
信号を演算回路で１つの検出信号に変換する必要があり
、このため、回路構成が複雑であり且つ各検出器と演算
回路間を結線するための配線数も多く、コストが高いと
いう問題点があった。

又、真空、活性ガス雰囲気中等の特殊環境中で変位検出
装置を使用する場合には軸受のグリス等からのガスの発
生や腐食を防ぐために被検出体または検出器をステンレ
ス箔のような導体で囲む対策が講じられる。この場合、
従来の渦電流を利用した非接触式変位検出装置では、被
検出体の変位を検出することは不可能であった。

そこで、本発明は上述した課題を解決するために、２つ
の検出器を使用し温度による変動を相殺する構造にする
と共に、検出信号を単一検出信号出力にし、且つ被検出
体または検出器を導体箔で囲んだ場合にも被検出体の変
位を検出できるようにすることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明に依れば、上述の目的は、被検出体の変位を検出
する非接触式変位検出装置において、各々巻線を有する
２個の検出器の一方を磁性体からなる被検出体の一の面
に対向配置し、他方を前記被検出体の中心に関し前記一
の面と反対側の他の面に対向配置し、前記２個の検出器
の巻線同士を直列に接続し、各巻線の両端に逆位相の励
磁用交流電圧を印加して、前記２個の検出器の巻線の接
続点より出力を取り出し、検出信号とすることにより達
成される。

（作用） 磁性体からなる被検出体のその中心に関し互いに反対側
の２つの面に対向配置された２個の検出器の直列に接続
された巻線の各々の両端に逆位相の励磁用交流電圧を印
加する。２つの巻線のインダクタンスによる各巻線にお
ける電圧降下の差分が両巻線の接続点から単一の検出信
号として取り出される。

（実施例） 先ず、本発明の非接触式変位検出装置の基本構成を第４
図乃至第６図を参照して説明する。

第４図に示すように、本発明の変位検出装置は、基本的
には、夫々第１、第２の検出器を成し直列に接続された
２個の巻線Ｍｌ、Ｍ２と、該巻線Ｍ　ｌ。

Ｍ２に夫々励磁用交流電圧Ｖｌ、Ｖ２を互いに逆位相で
印加するように該巻線Ｍ＋、Ｍ２に接続された発振器Ａ
　Ｃ１，Ａ　Ｃ２とにより構成され、前記第１、第２の
検出器は磁性体から成る図示しない被検出体の２つの面
に、夫々対向して配置される。

上記巻線Ｍｌ、Ｍ２は磁極面積及び透磁率が相等しいよ
うに設計される。

第１、第２検出器の巻線Ｍｌ、Ｍ２の両端に印加される
電圧をＶとすると Ｖ＝Ｖｌ−Ｖ２ で表わされる。

交流電圧の角周波数をＱ）とすると、巻線Ｍ　ｌ。

Ｍ２のインピーダンスＺｌ、Ｚ２は、Ｚ＋＝ωＬ１、Ｚ
２＝ωＬ２となる。ここで、Ｌｌ、Ｌ２は巻線Ｍ　ｔ　
。

Ｍ２のインダクタンスである。従って、巻線Ｍ　１゜Ｍ
２における電圧降下をＶＬＩ、　ＶＬ２とすれば、とな
り、巻線Ｍｌ、Ｍ２の接続点の出力（以下「センサ出力
」という）Ｖｏは、 わされる。

次に、検出器の巻線の磁極と被検出体１との位置関係が
センサ出力Ｖｏに与える影響について述べる。

第５図において各巻線Ｍｌ、Ｍ２の磁極と被検出体ｌと
の距離をｇ’＋ｇ２とする。被検出体ｌが磁極間の中心
に位置する場合（第５図に示す位置）、即ちｇ　１＝　
ｇ　２＝ｈｏの時、磁極の面積をＳ、透磁率わされるの
で、Ｌ＋＝Ｌ２となり、 この時のセンサ出力ＶＯは、 となる。

次に、被検出体１が第５図の位置からＭ２側にＸたけ移
動した場合、即ちｇｌ：＞ｇｚの時は、と表わされ、 この時のセンサ出力Ｖｏは、 一方、被検出体１が第５図の位置からＭ１側にＸだけ移
動した場合、即ち、ｇ　１（ｇ　２の時は、と表わされ
、 この時のセンサ出力Ｖｏは、 となる。

このように、センサ出力ＶＯは、磁極を２個組み合わせ
ることにより、巻線Ｍｌ、Ｍ２の両端に印加される電圧
Ｖが一定であるので被検出体の移動量Ｘと比例した値を
執ることがわかる。

又、磁極と被検出体１間にステンレス箔のような非磁性
体の導体が介在した場合にも、上述の如く、センサ出力
ＶＯは、Ｌｌ、Ｌ２の変化には関係しないため、センサ
出力Ｖｏは被検出体１の移動量Ｘに比例した値を執るこ
とになる。

次に被検出体、検出器が温度変化により変形した場合の
、センサ出力Ｖｏに与える影響について述べる。

第６図において、例えば、被検出体ｌの変形量をｙとし
た場合について考えると、被検出体が磁極間の中心に位
置する時、即ちｇ１＝ｇ２：＝ｈＯの時の巻線のインダ
クタンスＬｌ、Ｌ２は、と表わされる。

従って、Ｌ１＝Ｌ２となり、センサ出力ＶＯは■ ■ｏ＝Ｌ１＋Ｌ２（Ｌｌ−Ｌ２）＝Ｏとなる。

このことから、温度変化により被検出体ｌが変形しても
巻線Ｍｌ、Ｍ２のインダクタンスの変化は相殺されるこ
とになリセンサ出力Ｖｏは同等影響されない。

次に、本発明の実施例について詳細に説明する。

第２図は、本発明の一実施例に係る非接触式変位検出装
置の全体構成のブロック図である。同図に示すように、
円形断面を有する被検出体１の２つの面１ａ、Ｉｔ）に
夫々対向して２つの検出器２゜３の巻線２ａ、３ａが配
置され、該巻線２ａ、３ａは互いに直列に接続され、そ
れらの両端は発振器４に接続され、該発振器から夫々互
いに逆位相の励磁用交流電圧（以下「励磁電圧」と云う
）ｖｌ。

ｖ２が印加される。発振器４は、変換器５の同期整流器
６にも接続され、後者に前記励磁電圧と同一の周波数の
同期整流周基単信号Ｒｅｒを供給する。

該同期整流器６のセンサ出力入力端にはｍｊ記巻線２ａ
、３ａの接続点Ａが接続され、センサ出力ＶＯを供給す
る。同期整流器６の出力側は変換器５のローパスフィル
タフに接続される。

上記構成の非接触式変位検出装置の作動を第３図を参照
して説明すると、発振器４は第３図（ａ）に示す励磁電
圧Ｖｌ、Ｖ２を巻線２ａ、３ａに夫々供給する。被検出
体ｌが変位する（第３図（ｂ））と、その変位量に応じ
て巻線２，３のインダクタンスが変化し、従ってそれら
のインピーダンスが変化する。巻線２ａ、３ａの接続点
からセンサ出力Ｖｏが巻線２ａ、３ａの両端に加えられ
た励磁電圧Ｖｌ、Ｖ２を巻線２ａ、３ａのインピーダン
ス比で分圧した出力として取り出され（第３図（Ｃ））
、変換器５の同期整流器６に供給される。同期整流器６
は発振器４からの同期整流用基準信号Ｒｅｆを基準とし
て前記入力されたセンサ出力Ｖｏを同期整流し、同期整
流出力ｖＲとして出力する（第３図（ｄ））。ローパス
フィルタ７は入力された同期整流出力ｖＲのキャリア周
波数分をカットし、出力を変位検出装置出力ＶＣとして
出力する（第３図（ｅ））。

第１図は第２図の被検出体１と検出器２，３の配置を詳
細に示した図である。被検出体としての軸体ｌの外周」
二の直径方向反対側の面１ａ、ｌｂには検出器２．３の
コア２ｂ、３ｂが夫々対向して配され、該コアに巻線２
ａ、３ａがその軸線を各対向する而１ａ、＋ｂに直角に
して巻装される。

発振器４からの励磁電圧Ｖｌ、’Ｖ２により巻線２ａ、
３ａが励磁されるとコア２ｂ、３ｂと軸体ｌとを通る磁
束φ１．φ２が形成され、軸体ｌの変位量に応じた電圧
のセンサ出力Ｖｏが巻線２ａ。

３ａの接続点Ａから出力される。

第７図は上述した第１図の実施例の変形例を示し、この
変形例は、第１図の実施例に対し、巻線２ａ、３ａをそ
れらの軸線が軸体１の対向面１ａ。

１ｂに対して平行になるようにコア２ｂ、３ｂに巻装し
た点が異なる。

第８図は本発明の別の実施例による被検出体ｌと検出器
２，３の配置を示す図である。この実施例は、第１図、
第７図の実施例において被検出体ｌの外側に検出器２，
３を配置したのに対し、被検出体１の内側に検出器２，
３を配したものである。

第８図に示すように、被検出体ｌは中空円筒体から成り
、コア２ｂ、３ｂは共通の単一部材により一体に形成さ
れ、被検出体１の内周の直径方向反対側の２つの面１ａ
、ｌｂに夫々対向して配される。−巻線２ａ、３ａはそ
れらの軸線が夫々対向する面１ａ、ｌｂに対し直角にな
るようにコア２ｂ、３ｂに巻装される。

第９図は上述した第８図の実施例の変形例を示す図であ
り、この変形例は、第８図の構成に対し、コア２ｂ、３
ｂの形状が異なり、各コア２ｂ。

３ｂは２つの巻装部２ｂ１，２ｂ２；３ｂ＋、３ｂ２を
有し、これらの巻装部２ｂ＋、２ｂ２；３ｂｔ。

３ｂ２に巻線２ａ、３ａが夫々巻装されている点が異な
る。

第１０図は被検出体１を導体箔９で囲んだ実施例を示す
。この実施例は前述した第１図の実施例と同様の構成に
おいて例えばステンレス等の非磁性体から成り、厚さ０
．１〜０．２ｍｍの導体箔９を被検出体の軸体１と検出
器２，３との間に介在するように軸体Ｉの外周を覆って
配したものである。

この構成において、発振器４からの励磁電圧Ｖｌ、Ｖ２
により、巻線２ａ、３ａが励磁されると、コア２ｂ、３
ｂに発生した磁束φ１．φ２が導体箔９を通り抜けて被
検出体１を通る第１図と同様の磁路が形成される。これ
により、被検出体（軸体）１の変位量に応じた電圧のセ
ンサ出力ＶＤが巻線２ａ、３ａの接続点Ａから出力され
る。このように、本発明は渦電流を利用するものではな
いから、導体箔の介在に同等影響されることなく被検出
体１の変位量を検出することができる。

第１１図は第７図の実施例と同様の構成において被検出
体１を導体箔９で囲んだ構成である。

この構成に依っても上述の第７図と同様の磁路が形成さ
れ、導体箔９の介在にもかかわらず被検出体ｌの変位量
を検出できる。

第１２図は第８図の実施例と同様の構成において検出器
２．３を導体箔で囲んだ構成、又、第１３図は第９図の
実施例と同様の構成において検出器２，３を導体箔で囲
んだ構成を夫々示すもので、これらの構成においても第
８図、第９図と同様の磁路が形成され、導体箔の介在に
もかかわらず、被検出体１の変位量を検出できる。

第１４図は更に別の実施例を示し、この実施例は、上述
した各実施例が被検出体としてｌ個の軸体の変位を検出
する一軸検出構成のものであるのに対して、複数の軸体
の変位を検出する多軸検出構成のものである。

第１４図において、図示しない被検出体としての第１乃
至第Ｎの軸体の各々には、前述した各実施例と同様の直
列接続された検出器巻線２ａ、　３ａが対向して配され
る。第１乃至第Ｎの軸体の検出器巻線２ａ、３ａは互い
に並列接続される。並列接続された第１乃至第Ｎの軸体
の検出器巻線２ａ。

３ａには、発振器４が接続され励磁電圧を検出器巻線に
印加する。各列の検出器巻線２　ａ　＋　　３　ａの接
続点は夫々の変換器５に接続され、該接続点出力Ｖｏを
供給する。変換器５は前述した一軸検出構成のものと同
様に構成することができ、変位検出装置の出力ＶＣを出
力する。

このように、本発明の非接触式変位検出装置を多軸検出
構成とした場合は各列の検出器巻線は単一の発振器を共
有できるので、配線数が更に少なくなり一層の低コスト
化を図ることができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に依る非接触式変位検出装
置は、各々巻線を有する２個の検出器の一力を磁性体か
らなる被検出体の一の面に対向配置し、他方を前記被検
出体の中心に関し前記一の面と反対側の他の面に対向配
置し、前記２個の検出器の巻線同士を直列に接続し、各
巻線の両端に逆位相の励磁用交流電圧を印加して、前記
２個の検出器の巻線の接続点より出力を取り出し、検出
信号とするようにしたので、温度による出力変動がない
ことはもとより、演算回路が不要であり、４゜ 構成が簡単で且つ配線数が減少でき低コスト化を図るこ
とができると云う優れた効果を奏することができる。更
に渦電流の利用ではなく、磁束の変化を検出する構成で
あるため、被検出体と検出器間に導体箔が介在した場合
でも、被検出体の変位量を正確に検出できるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る一軸検出構成を示す配
置図、第２図は本発明の一実施例を示すブロック図、第
３図は第２図の各部の信号の波形図、第４図は本発明の
非接触式変位検出装置の基本構成図、第５図は被検出体
が磁極間の中心にある状態を示す図、８６図は被検出体
が温度変化により変位した状態を示す図、第７図乃至第
１３図は本発明に係る一軸検出構成の他の実施例を示す
配置図であり、第７図は被検出体の外側に検出器を配置
した実施例、第８図、第９図は被検出体の内側に検出器
を配置した実施例、第１０図〜第１３図は検出器と被検
出体の間に導体箔を介在させた実施例を夫々示す図、第
１４図は本発明に係る多軸検出構成の実施例を示す配置
図である。 １・・・被検出体、２，３・・・検出器、２ａ、３ａ・
・・検出器巻線、４・・・発振器、５・・・変換器、６
・・・同期整流器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被検出体の変位を検出する非接触式変位検出装置に
   おいて、各々巻線を有する２個の検出器の一方を磁性体
   からなる被検出体の一の面に対向配置し、他方を前記被
   検出体の中心に関し前記一の面と反対側の他の面に対向
   配置し、前記２個の検出器の巻線同士を直列に接続し、
   各巻線の両端に逆位相の励磁用交流電圧を印加して、前
   記２個の検出器の巻線の接続点より出力を取り出し、検
   出信号とすることを特徴とする非接触式変位検出装置。